Welche Rolle spielen Microgrids in der Energieautonomie?

Der Energiesektor befindet sich im Umbruch. Angesichts des Klimawandels und der Reduktionsziele von CO2-Emissionen, wird die Stromerzeugung durch fossile Energieträger schrittweise eingestellt. Folglich wird ein zunehmender Anteil des eingespeisten Stroms aus erneuerbaren Energiequellen wie Wind, Wärme und Sonne stammen müssen.

Die Stromversorgung erfolgt nicht länger durch einige wenige grosse Stromerzeugungsanlagen, wie z. B. Kohlekraftwerke, sondern durch dezentrale Anlagen unterschiedlicher Grössen. Dadurch können Unternehmen, Kommunen und verschiedene andere Organisationen ihre Energiestrategien vollständig ändern und damit weitaus mehr Energieautonomie erlangen, als jemals zuvor. Wir treten in das Zeitalter des Microgrids ein.

Abbildung 1: Das Siemens Microgrid in der Forschungs- und Entwicklungseinrichtung in Princeton, New Jersey, USA.

Die Energielandschaft im Wandel

Angesichtds der explodierenden Energiepreise, müssen auch Unternehmen auf ihre Energiekosten achten. Auch aus Gründen der Unternehmensverantwortung und des Unternehmensimages suchen sie nach Möglichkeiten, ihren ökologischen Fussabdruck zu verkleinern.

Unternehmen, die weniger vom Stromnetz abhängig sind, können ihre Betriebskosten senken und ihre Rentabilität steigern, während sie gleichzeitig ihre Umweltfreundlichkeit fördern. Daher wollen viele auf die Microgrid-Technologie umsteigen.

Nach Angaben des Analystenunternehmens Allied Research wächst der globale Microgrid-Markt derzeit zweistellig – bis 2030 wird eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) von fast 15 % erwartet. Infolgedessen wird bis zum Ende dieses Jahrzehnts ein jährlicher Wert von 59,7 Milliarden Dollar prognostiziert.

Was spricht für die Umstellung auf ein Microgrid?

Die Vorteile eines Microgrids sind vielfältig – und das macht sie derzeit so attraktiv. Zu den wichtigsten Punkten, die berücksichtigt werden sollte, gehören:

Da die erneuerbaren Energien allmählich den grössten Teil der Stromerzeugung übernehmen, wird das Strometz anfälliger für Schwankungen. Infolgedessen könnten Stromausfälle häufiger vorkommen. Wenn man aber seine eigenen Stromerzeugungskapazitäten nutzt, hat man eine robustere Stromversorgung, auf die man sich voll und ganz verlassen kann.

Obwohl ein Microgrid die meiste Zeit an das überregionale Netz angeschlossen sein wird, ist es im “Inselbetrieb” völlig unabhängig davon. Das bedeutet, dass das Microgrid seine Verbraucher auch dann mit Strom versorgen kann, wenn das Stromnetz der Energieversorger ausfällt.

Da Erzeuger und Verbraucher in einem Microgrid auf lokaler Ebene miteinanderverbunden sind, müssen keine grossen Entfernungen mehr überwunden werden, um den Strom zu transportieren. Dadurch sind die Leitungsverluste wesentlich geringer und der Wirkungsgrad höher.

Neben Stromausfällen besteht bei grossen Stromverteilungsnetzen die Gefahr, Opfer von Cyberangriffen zu werden. Bislang sind diese Fälle noch relativ selten, aber die Gefahr wird immer grösser. Im Gegensatz dazu sind kleine, lokale Microgrids für Hacker wahrscheinlich weniger interessant.

Zudem können Unternehmen ihre Versorgungssicherheit erhöhen und ihre Effizienz steigern, indem sie neben der Rolle des Verbrauchers auch die des Erzeugers einnehmen. Als Nettoerzeuger können sie überschüssigen grünen Strom an die Energieversorger verkaufen und haben so noch eine zusätzliche Einnahmequelle.

Mithilfe des Microgrids kann das Hauptnetz in Spitzenzeiten entlastet werden. Denn es besteht i.d.R. eine erhebliche zeitliche Verschiebung zwischen dem Zeitpunkt der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien und dem Zeitpunkt der Nachfrage nach elektrischer Leistung. Durch Batteriespeicher im Microgrid kann die elektrische Energie gespeichert werden und je nach Bedarf zu einem späteren Zeitpunkt wieder ins Hauptnetz rückgespeist werden.

Technische Herausforderungen

Es ist wichtig, dass Microgrids so konfiguriert werden können, dass sie ein hohes Leistungsniveau erreichen, so dass die Vorteile ihrer Implementierung voll zum Tragen kommen. Ausserdem müssen sie so kosteneffizient wie möglich sein, um die Rentabilität der Investitionen nicht zu gefährden. Der Zugang zu den richtigen Entwicklungswerkzeugen sowie zu allen erforderlichen Kontroll- und Überwachungseinrichtungen hat dabei sicherlich hohe Priorität.

Darüber hinaus wird die Entwicklung von ausgefeilterer und anpassungsfähigerer Energiemanagement- und Analysesoftware dazu führen, dass die erfassten Daten geprüft und Verbesserungen am System vorgenommen werden können. Auf diese Weise kann nach dem Aufbau eines Miicrogrids sichergestellt werden, dass der langfristige Strombedarf der Einrichtung auf die effizienteste Weise gedeckt wird.

Produktvorschläge zur Unterstützung von Microgrid-Installationen

Im Rahmen seines Ziels, die Automatisierung und digitale Transformation weiter voranzutreiben, ist Distreleceiner der größten Lieferkettenpartner Siemens in Europa. Durch die enge Partnerschaft mit Siemens, kann Distrelec seine Kunden mit fortschrittlichen Überwachungs- und Steuerungslösungen bei der Erreichung ihrer Microgrid-Ziele unterstützen.

Figure 2: Siemens 7KM PAC3120 Einbaumessgeräte

Mit den 7KM PAC3120 Einbaumessgeräten kann der Stromverbrauch genau erfasst werden. Diese Geräte sind überall auf der Welt einsetzbar, da sie 50 und 60 Hz Netzfrequenz unterstützen. Sie können mit einer Versorgungsspannung von 24 VAC betrieben werden und sind dank ihrer kompakten Form einfach zu installieren. Sie verfügen über 10 Mbps-Ethernet-E/As, über die sie mit übergeordneten Automatisierungs- und Energieverwaltungsplattformen verbunden werden können. PAC2200, das Schwestermodell des 7KM PAC3120, entspricht dem M-Bus-Kommunikationsstandard der Europäischen Union für Messgeräte.

Bild 3: Die SIMATIC S7-1500 Steuerungen von Siemens

Siemens SIMATIC S7-1500 Steuerungen liefern eine Rechenzeit von weniger als 1 ns pro Bit und eignen sich hervorragend für die Edge-basierte Verarbeitung, die Microgrid-Systeme benötigen werden. Sie sind modular aufgebaut, so dass die Funktionalität bei Bedarf erweitert werden kann. Die SPS ist für DIN-Schienen-Montage im Schaltschrank geeignet.

Abbildung 4: Siemens-Logo 8.3! mit Cloud-Konnektivität Logikmodul

Mit Modbus TCP/IP- und Ethernet-E/As zur Maximierung der Anpassungsfähigkeit und einer intuitiven Drag-and-Drop-Programmierung zur Beschleunigung der Systementwicklungszeitpläne verfügen die Siemens LOGO! 8.3 Logikmodule über viele der wichtigsten Eigenschaften, die die Implementierung von Microgrids erleichtern werden. Besonders wichtig ist jedoch die Cloud-Konnektivität. Der integrierte Webserver kann direkt in der Cloud gehostet werden, so dass die Nutzer alle relevanten Parameter visualisieren und anschliessend Einblicke gewinnen können. Die Anpassbarkeit des Webservers ermöglicht es, eine breite Palette spezifischer Anforderungen zu erfüllen. Ausserdem bietet die TLS-Verschlüsselung ein hohes Mass an Sicherheit.

Microgrids in der Praxis

Um die vielen Vorteile der Microgrids zu demonstrieren, hat Siemens in der Forschungs- und Entwicklungseinrichtung in Princeton, New Jersey, ein Microgrid errichtet. Dieses einzigartige Projekt zeigt die Möglichkeiten der Technologie auf. Hier werden nicht nur die neuesten Innovationen im Bereich der Microgrids vorgestellt, sondern auch neue Ideen erprobt, die dann in neueren Microgrids auf der ganzen Welt zum Einsatz kommen werden.

Fazit

Microgrids werden einen wichtigen Beitrag zu einer nachhaltigen Zukunft leisten. Neben der kostengünstigen und umweltfreundlichen Stromerzeugung und -versorgung auf lokaler Ebene, ermöglichen Microgrids mehr Effizienz und Sicherheit. Dadurch können Unternehmen und Organisationen mehr Energieautonomie erlangen und sind weniger anfällig für Stromausfälle im Hauptnetz. Gleichzeitig erreichen sie ihre umweltpolitischen Ziele und können ihre Betriebskosten senken. Dies ist jedoch kein einfacher Prozess.

Doch dank der Hardware und die dazugehörenden Geräte, die Siemens anbietet, kann Distrelec Kunden beim Aufbau einer Microgrid-Infrastruktur an ihren Standorten unterstützen. Die Kunden erhalten fachkundige technische Beratung, die ihnen bei der Entscheidungsfindung hilft. Auf diese Weise sind sie in der Lage, den Aufbau eines geeigneten Microgrids zu konzipieren, die beste Technologie für erneuerbare Energien und Speicher für das Projekt zu bestimmen und die Amortisationsdauer zu schätzen. Mithilfe von ständig aktualisierten Datenströmen, können Kunden die Energieflüsse aller Bestandteile ihrer Anlagen untersuchen und so kontinuierlich eine optimale Leistung erzielen. Sie werden die Möglichkeit haben, zu ermitteln, wo Verbesserungen vorgenommen werden könnten, sowie eine Notfallplanung durchzuführen und sich auf Upgrades vorzubereiten.

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